JPH0637352A - 光結合装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能に対する信頼性が高く、製造コストが安
価にできる光結合装置およびその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 導体配線（１−１）、（１−２）を備えた絶
縁性凹形ケース２０の凹部底面に発光素子１３、受光素
子１４を設け、上面に反射面９を有する遮光性キャップ
１０を設けた光結合装置において、受光素子１４、発光
素子１３上部に透光性光ガイド板２４ａを設け、透光性
光ガイド板２４ａ下面に設けられた導体配線（１−３）
と、受、発光素子１４，１３の上部電極をバンプ接続す
ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光結合装置およびそ
の製造方法に関し、性能の安定性および信頼性が高く、
しかも、製造方法が容易で、製造に要する作業時間が短
かく、製造コストが低減できるチップ型光結合装置およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光結合装置、殊にチップ型光結
合装置は、従来から、図１３（ａ）ないし（ｃ）に示す
構成になっていた。この図１３（ａ）は従来のチップ型
光結合装置の斜視図を示し、図１３（ｂ）は図１３
（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。上述した従来のチップ型光結合装
置は、内面が凹状に形成されたケースの凹部内面に、発
光素子および受光素子に接続する導体配線（１−１）お
よび（１−２）を設けた絶縁性凹形ケース２０と、この
絶縁性凹形ケース２０の凹部底面に延設した導体配線
（１−１）および（１−２）と、凹部内に設置する発光
素子および受光素子の底部電極（３−１）、（４−１）
をそれぞれ図示しない導電性接着剤により隣接して接続
した対のチップ型発光素子３および受光素子４と、この
チップ型発光素子３および受光素子の上部電極（３−
２）および（４−２）にワイヤボンディングにより接続
した導電性ワイヤ５，６と、前記チップ型発光素子３お
よび受光素子４を絶縁性凹形ケース２０の凹部内に埋設
した透光性封止層２６と、絶縁性凹形ケース２０の開口
部上部に設けた透光性封止層２６側に反射面９を有する
遮光性キャップ１０と、から成っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のチップ型光結合装置には、次のような難点があっ
た。 （１） 絶縁性凹形ケース２０の凹部内に設置したチッ
プ型発光素子３及び受光素子４の上部電極（３−２）、
（４−２）と絶縁性凹形ケース２０に形成された電極
（３−１）、（４−１）とを導体性ワイヤ５，６でボン
デングするための作業に時間がかかるため製造コストが
嵩む。 （２） また、使用する導体性ワイヤはボンディング圧
着のため細線を用いる関係上、接続部分の面積は小さ
く、高密着強度が得難い。 （３） また、絶縁性凹形ケース２０の凹部内において
ワイヤボンディングするため、ワイヤボンディングする
電極を形成しておかなければならないという難点があっ
た。このため、電極を形成するためのプロセスが制限を
受け、しかも、そのプロセスの管理は厳密に行わなけれ
ばならないという具合の悪い点があった。

【０００４】以上のような具合の悪い点を除去するた
め、図１４に示すように、絶縁性凹形ケース２０の凹部
内に設置したチップ型発光素子３および受光素子４の周
囲を透光性封止層２６で埋設し、透光性封止層２６上
に、下面に配線導体（図示せず）を設けた非透光性樹脂
層１１を設け、非透光性樹脂層１１下面の配線導体と発
光素子３および受光素子４の上部電極とをバンプ接続す
る手法が考えられる。しかし、この手法によると、発光
素子３より放射された光の内、上方に放出された光は非
透光性樹脂層１１で遮られるため、受光素子４に達する
光は極めて少なくなる。

【０００５】そこで、この発明では、上述した従来構造
の光結合装置の難点を除去し、絶縁性凹形ケースの凹部
底面に延設した発光素子および受光素子電極に接続する
導体配線と発光素子および受光素子の電極との接続が容
易、かつ、強固で、しかもその接続加工時間が短かく、
製造コストが低減でき、しかも、性能が安定し、信頼性
の高い光結合装置および製造方法を提供しようとするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、この発明にかかる請求項１の光結合装置は、内面が
凹状に形成されたケースの凹部底面に設けた発光素子お
よび受光素子電極と接続する導体配線を備えた絶縁性凹
形ケースと、この絶縁性凹形ケースの凹部底面に設けた
底部電極が前記導体配線と接続し互いに隣接配設された
対の発光素子および受光素子と、前記対の発光素子およ
び受光素子と絶縁性凹形ケースの凹部底面内を埋設する
ように配した透光性封止層と、前記絶縁性凹形ケースの
凹部底面内を埋設した透光性封止層上に、下部に前記絶
縁性凹形ケース内発光素子および受光素子の上部電極と
それぞれ接続する導体配線を備えた透光性光ガイド層
と、前記絶縁性凹形ケースの開口部上に、透光性光ガイ
ド層側に反射面を備えた遮光性キャップを設けた。

【０００７】また、この光結合装置の製造は請求項２に
示すように、予め凹部底面に発光素子および受光素子電
極に接続する導体配線を備えた絶縁性凹形ケースを準備
した後、この絶縁性凹形ケースの凹部底面に上部電極に
予めバンプを載置した発光素子および受光素子を隣接配
置する第１の工程と、第１の工程後、絶縁性凹形ケース
内凹部底面の発光素子および受光素子の上部電極に接続
する導体配線を設けた透光性光ガイド層として透光性光
ガイド板を配置する第２の工程と、第２の工程後、透光
性光ガイド板を通して発光素子および受光素子の上部電
極に赤外線を照射し上部電極に載置したバンプを加熱溶
融して透光性光ガイド板下面の導体配線と発光素子およ
び受光素子の上部電極とを接続する第３の工程と、第３
の工程後、絶縁性凹形ケースの凹部底面内に透光性樹脂
を注入し凹部内を充填し透光性封止層である透光性樹脂
層で設ける第４の工程と、第４の工程後、絶縁性凹形ケ
ース開口部上に設ける透光性光ガイド側に反射面を有す
る遮光性キャップとして遮光体を設置する第５の工程
と、から成るものである。

【０００８】

【作用】以上のように構成され、請求項１の光結合装置
は、絶縁性凹形ケースの凹部底面に、底部電極が導体配
線と接続し互いに隣接配設された対の発光素子および受
光素子と、前記対の発光素子および受光素子と絶縁性凹
形ケースの凹部底面内を埋設するように配した透光性封
止層と、前記絶縁性凹形ケースの凹部底面内を埋設した
透光性封止層上に設けられ、下部に前記絶縁性凹形ケー
ス内の発光素子および受光素子の上部電極と接続する導
体配線を備えた透光性光ガイド層と、を有し、さらに、
前記絶縁性凹形ケースの開口部上に、透光性光ガイド側
に反射面を有する遮光体が設けられているから、発光素
子から放射された光は効率よく受光素子に入射させるこ
とができる。また、請求項２の製造方法によれば、絶縁
性凹形ケースの凹部底面において発光素子側導体配線お
よび受光素子側導体配線上にそれぞれ接続した対の発光
素子および受光素子は各々の上部電極上に載置したバン
プを介して、透光性封止層上に設けた透光性光ガイド層
下部の導体配線と受、発光素子及び絶縁性凹形ケースの
凹部底面の導体配線もバンプを介して電気的に接続す
る。したがって、このような対の発光素子および受光素
子を複数個、後述するように、絶縁性凹形ケースおよび
透光性光ガイド板を介して、同時に接続することができ
る。それ故、ワイヤボンディングにより１個ずつ絶縁性
凹形ケースの凹部底面上の電極と接続して構成される従
来の光結合装置に比べて製造コストおよび製造時間は大
幅に低下できる。またワイヤボンディングにより接続さ
れる光結合装置は電極とワイヤとの接続部分の面積が小
さいため、接続部分で大きな密着強度を得ることが難し
いが、本発明の光結合装置は、半田等のバンプを介して
透光性光ガイド層の導体配線と発光素子、受光素子の上
部電極とが接続されるため、接続導体の寸法は短くて済
み、かつ、接続面積は大きくなるため、従来の光結合装
置で必要であったケースの凹部内にワイヤボンディング
に必要であった導体層を設ける必要がなくなり、凹形ケ
ースを低コストで製造することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の光結合装置
および製造方法について説明する。本実施例の光結合装
置３０は、図１ないし図２に示す構成となっている。た
だし、図１は本実施例の光結合装置の斜視図であり、図
２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１のＢ
−Ｂ断面図である。本実施例の光結合装置３０は、内面
が凹状に形成され、その凹部底面に後述する発光素子１
３および受光素子１４の底部電極に接続する導体配線
（１−１）、（１−２）を設けた絶縁性凹形ケース２０
と、この絶縁性凹形ケース２０の凹部底面に、底部電極
がそれぞれ、前記導体配線（１−１）および（１−２）
に接続し隣接配置された対の発光素子１３および受光素
子１４と、この対の発光素子１３および受光素子１４と
前記絶縁性凹形ケース２０の凹部内を埋設するように充
填した透光性エポキシ樹脂層２６からなる透光性封止層
と、前記絶縁性凹形ケース２０の凹部内に充填した透光
性エポキシ樹脂層２６上に設けられ、下部に前記絶縁性
凹形ケース２０内の対の発光素子１３および受光素子１
４の上部電極にそれぞれ接続する導体配線（１−３）を
備えた透光性光ガイド層としての透光性ガイド板２４
と、前記絶縁性凹形ケース２０の開口部上部に、透光性
ガイド板２４側に反射面９を有する遮光性キャップとし
て遮光体１０と、を備えている。

【００１０】本実施例の光結合装置は、以上のように構
成されて、受、発光素子の上部電極と導体配線とがバン
プ接続されているため、接続部が断線することがなく、
信頼性の高い光結合装置になっている。また、本実施例
の光結合装置は、ワイヤボンディングしていない絶縁性
凹形ケースを基板としているため製造コストが安価で済
む。また、多数の対の受、発光素子の電極を一度に導体
配線に接続できる。また、絶縁性凹形ケース上面の透光
性光ガイド板が透明のため、発光素子から放射された光
が何等妨げられることなく受光素子に受光される。

【００１１】上述した光結合装置は、以下に述べる工程
により製造することができる。図４ないし図１２は、光
結合装置３０の製造工程図である。本実施例の光結合装
置は、先ず、平面図４に示すように、絶縁性樹脂材料製
のであって、同一方向に互いに平行かつ等間隔で、複数
本のスリット２１、２１、２１、…が形成され、隣接す
るスリット２１、２１間に凹部２２、…が設けられてお
り、凹部２２の左右両側面に段付壁面２２−１、２２−
１を形成した絶縁性凹形ケース２０を用意しておく。次
いで、この絶縁性凹形ケース２０の凹部２２の左右壁面
に、一定の間隔を置いて、隣接する対の導体配線（１−
１）、（１−２）を複数対設け、左右両壁面に設けられ
た導体配線（１−１）、（１−２）はＣ−Ｃ断面図５
（ａ）に示すように凹部底面において所定の間隔を置い
て離隔され、左右の導体配線は連続しないように配置す
る。また、Ｄ−Ｄ断面図５（ｂ）に示すように、凹部端
部の導体配線（１−１）、（１−２）を設けない箇所
（凹部の走行方向）には段付部がなく上面開放形の逆コ
字形になっている。

【００１２】次いで、図６に示すように、前記絶縁性凹
形ケース２０の凹部２２、２２、…の底面の各々の対の
導体配線（１−１）、（１−２）上にチップ型発光素子
１３および１４の底部電極を導電性の接着剤１５（図７
（ａ）を参照のこと）を用いて接着する。このチップ型
発光素子１３および受光素子１４の上部電極上にはあら
かじめ半田等のバンプ１７（図７（ａ）参照）を載置し
ておく。また、絶縁性凹形ケース２０の凹部２２の段付
壁面にもあらかじめバンプ１８を載置しておく。上記作
業工程の終了後、図８およびそのＣ−Ｃ断面図９に示す
ように、下面に導体配線（１−３）を備えた、厚みが
０．５mm程度の透光性光ガイド板２４ａを透光性光ガイ
ド層として凹部２２内のチップ型発光素子１３および受
光素子１４上部に設置する。その後、この透光性光ガイ
ド板２４ａ上部から赤外光を照射し、加熱すると、（半
田）パンプ１７，１８は熔融し導体配線（１−３）、
（１−３）とチップ型発光素子１３、受光素子１４の上
部電極は接続する。前記透光性光ガイド板２４ａにはガ
ラス基板又は透明エポキシ樹脂製のものが使われる。こ
の透光性光ガイド板２４ａの形状は各受、発光素子位置
に、平板のほか図３に示すように上面が球形又は焦点位
置が発光素子および受光素子上に位置する回転楕円体形
状のもの、あるいはそれらの一部形状を有するものを使
用してもよい。このような球形又は楕円体状をもつ透光
性光ガイド板２４ａを用いると、平板状の透光性光ガイ
ド板２４ａを用いる場合に比べ、受、発光素子間の光結
合率が向上する。

【００１３】次に、図８に示すように、前記透光性光ガ
イド板２４ａ端にある樹脂注入口２３（凹部２２端位置
より透光性光ガイド板２４ａの端部位置をずらして配置
しておく。）より透光性エポキシ樹脂を注入する。そし
て、凹部２２および透光性光ガイド板２４ａ間を透光性
エポキシ樹脂層２６ａで埋設封止した後、加熱オーブン
（図示せず）中で、１００〜１８０℃に加熱硬化する。
その後、図１０（ａ）に示すダイシング個所２７を厚さ
が０．９mmの厚いブレードによりハーフダイジングし、
図１０（ｂ）に示すように絶縁性凹形ケース２０の表面
を切断する。さらにその後、図１１に示すように、下面
に反射面９が形成された樹脂製の遮光体２８を透明エポ
キシ樹脂により接着する。この遮光体２８は、下部の透
光性光ガイド板２４ａとの間の隙間が小さくなるよう透
光性光ガイド板２４ａと雌雄形状になっており、例えば
透光性光ガイド板２４ａの上面が凸形になっている場合
は、遮光体２８の下面は凹型のものを使用する。また、
遮光体２８下面の反射面は、メッキ又は光反射率の高い
樹脂の印刷等により形成しておく。次に、図１１に示す
ハーフダイジングを行った個所２７を厚さが０．３mmの
薄いブレードを使って切断し、図１２および図１に示す
ごとき構造の光結合装置３０を得る。以上の製造方法に
より得られるチップ型光結合装置は、一個の絶縁性凹形
ケース２０から、多数のチップ型光結合装置を作製する
例について示したが、このような方法によらず、１個の
絶縁性凹形ケース２を用い、上述したと同様の工程にし
たがって同じ構造の光結合装置を作製することができ
る。本実施例による光結合装置の製造方法では、絶縁性
凹形ケースの凹部底面に隣接配置した対の発光素子およ
び受光素子の上部電極に予めバンプを載置しておき（第
１の工程）、絶縁性凹形ケース上に前記発光素子および
受光素子の上部電極に接続する導体配線を設けた透光性
光ガイド板を設け（第２の工程）た後、この透光性光ガ
イド板を通して赤外線を照射し、発光素子および受光素
子の上部電極に予め載置しておいたバンプを加熱溶融し
て導体配線とこれらの受、発光素子の上部電極とを接続
させた後（第３の工程）、前記絶縁性凹形ケースの凹部
内に透光性エポキシ樹脂を注入充填するから、注入され
た透光性エポキシ樹脂は、透光性光ガイド板と凹部底面
間を自然に埋設封止し、硬化する。本実施例の光結合装
置の製造方法によれば、絶縁性凹形ケースを用い、基板
にワイヤボンディング性の無いものを使用することがで
きるため、コストを安く製造することができる。また多
数の受、発光チップの電極を一度に絶縁性凹形ケース上
の配線導体に接続できるため、製造時間が短縮され、製
造コストが低減できる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光結合装置は受、発光素子上面に透明な透光
性光ガイド層が設けられているから、発光素子から放射
された光を高効率で受光素子に入射させることができ
る。また本発明の光結合装置の製造方法によれば、多数
の発光素子、受光素子上の電極が一の絶縁性凹形ケース
内に同時に接続できるため、製造時間が短縮され、製造
コストも低減できる。また、用いる絶縁性凹形ケースは
ワイヤボンディング性のないものを使用できるため、基
板コストが低減できる。また、チップ上の上部電極と透
光性光ガイド層下部の導体配線がバンプ接続されるた
め、接続部分が断線することなく信頼性の高い光結合装
置にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる光結合装置の斜視図
である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す光結合装
置のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の光結合装置の構造を示す
縦断面図である。

【図４】本発明の実施例に使用する絶縁性凹形ケースの
構造を示す平面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に示す絶縁性凹
形ケースのＣ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図である。

【図６】図４に示す絶縁性凹形ケースの各凹部内のチッ
プ型発光素子および受光素子の取り付けた状態を示す平
面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６のＣ−Ｃ断面図
およびＤ−Ｄ断面図である。

【図８】絶縁性凹形ケース上に透光性光ガイド板を設置
し、凹部内の導体配線と発光素子および受光素子のバン
プ接続を行ったときの状態を示す平面図である。

【図９】図８の工程により得られる光結合装置のＣ−Ｃ
断面構造図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図８の工程に続い
て、絶縁性凹形ケースおよび透光性光ガイド板のダイシ
ング位置およびダイシング後の状態を示すＤ−Ｄ断面図
である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図１０の
工程後、さらに遮光性光ガイド板を設置した状態を示す
平面図、（ａ）のＣ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図を示
す。

【図１２】各チップ型光結合装置のダイシング分離後の
状態を示す断面図である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ従来の光
結合装置の構造を示す斜視図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断
面図である。

【図１４】従来の光結合装置から予想される改良構造の
縦断面図である。

【符号の説明】

１−１，１−２，１−３ 導体配線 ９ 反射面 １０ 遮光性キャップ １３ 発光素子（本発明） １４ 受光素子（本発明） １７，１８ バンプ ２０ 絶縁性凹形ケース ２１ スリット ２２ 凹部 ２４ 透光性光ガイド層（本発明） ２４ａ 透光性光ガイド板（実施例） ２６ 透光性封止層（本発明） ２６ａ 透光性エポキシ樹脂層（実施例） ２７ ダイシング個所 ２８ 遮光体 ３０ 光結合装置（本発明）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面が凹状に形成されたケースの凹部底
   面に発光素子および受光素子電極と接続する導体配線を
   備えた絶縁性凹形ケースと、 この絶縁性凹形ケースの凹部底面に、底部電極が前記導
   体配線と接続し互いに隣接配設された対の発光素子およ
   び受光素子と、 前記対の発光素子および受光素子と絶縁性凹形ケースの
   凹部底面内を埋設するように配した透光性封止層と、 前記絶縁性凹形ケースの凹部底面内を埋設した透光性封
   止層上に設けられ、下部に前記絶縁性凹形ケース内の発
   光素子および受光素子の上部電極と接続する導体配線を
   備えた透光性光ガイド層と、 前記絶縁性凹形ケースの開口部上に、透光性光ガイド層
   側に反射面を備えた遮光性キャップと、を設けたことを
   特徴とする光結合装置。
2. 【請求項２】 予め凹部底面に発光素子および受光素子
   電極に接続する導体配線を備えた絶縁性凹形ケースを準
   備した後、この絶縁性凹形ケースの凹部底面に上部電極
   に予めバンプを載置した発光素子および受光素子を隣接
   配置する第１の工程と、 第１の工程後、絶縁性凹形ケース内凹部底面の発光素子
   および受光素子の上部電極に接続する導体配線を設けた
   透光性光ガイド層として透光性光ガイド板を配置する第
   ２の工程と、 第２の工程後、透光性光ガイド板を通して発光素子およ
   び受光素子の上部電極に赤外線を照射し上部電極に載置
   したバンプを加熱溶融し透光性光ガイド板下面の導体配
   線と発光素子および受光素子の上部電極を接続する第３
   の工程と、 第３の工程後、絶縁性凹形ケースの凹部底面内に透光性
   樹脂を注入し凹部内を透光性樹脂で充填し透光性封止層
   を形成する第４の工程と、 第４の工程後、絶縁性凹形ケース開口部上に、透光性光
   ガイド層側に反射面を有する遮光体を設置する第５の工
   程と、から成ることを特徴とする請求項１記載の光結合
   装置の製造方法。